作者：HANNES BIRK，3D 磁傳感器營銷經(jīng)理，英飛凌科技股份公司

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磁性傳感器是汽車和工業(yè)系統(tǒng)中非接觸式測量和位置傳感應(yīng)用的主要技術(shù)。與所有基于硅的設(shè)備一樣，跨代產(chǎn)品集成度的提高帶來了更強(qiáng)大的功能和更簡單、更強(qiáng)大的系統(tǒng)設(shè)計。以更低的成本提供更多的傳感能力驅(qū)動的產(chǎn)品創(chuàng)新機(jī)會對設(shè)計工程師來說是個好消息。

霍爾傳感器元件檢測垂直于嵌入它的芯片表面的方向上的磁場通量。因此，使用傳統(tǒng)霍爾器件在 3D 空間（x,y 和 z 坐標(biāo)）中建立位置需要至少兩個單獨(dú)的傳感器：例如，用于建立 x,y 坐標(biāo)的差分霍爾（一個芯片上的兩個傳感器）和一個獨(dú)立的單個霍爾器件以直角定位。這反過來又需要對多個傳感元件進(jìn)行精確設(shè)計的放置和校準(zhǔn)。這種復(fù)雜程度以及實(shí)現(xiàn)多設(shè)備磁性 3D 傳感器所需的物理空間意味著工程師在評估 3D 位置傳感技術(shù)時面臨權(quán)衡取舍。在許多情況下，無論是機(jī)械的，?

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當(dāng)經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造有垂直和水平板以實(shí)現(xiàn) 3D 場感測時，該等式發(fā)生了變化（圖 1）。垂直霍爾板對來自 x 和 y 方向的平面定向場分量敏感，而水平霍爾板對垂直（z 方向）定向場分量敏感。

圖 1：經(jīng)典的磁性霍爾傳感器在單個芯片上制造了垂直和水平板，以實(shí)現(xiàn) 3D 場感應(yīng)。

英飛凌在小型 6 引腳封裝中提供基于能量吸取的霍爾傳感器，具有五種可選功率模式（圖 2），用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測，以可靠地測量三維、線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動. 應(yīng)用包括操縱桿、控制元件（例如白色家電中的多功能旋鈕）以及電表中的篡改檢測/預(yù)防。

圖 2：具有五種可選功率模式的能量啜飲霍爾傳感器采用小型 6 引腳封裝，用于 x、y 和 z 方向的磁場檢測。

豐富的應(yīng)用領(lǐng)域

在典型的電流互感器電表中，基于兩個端子之間流動的電壓和電流測量能量，放置在電表外部的強(qiáng)大永磁體會使電流傳感器失效。實(shí)施用于防篡改的磁感應(yīng)的傳統(tǒng)方法是基于兩個霍爾傳感器（一個焊接在相關(guān) PCB 上，另一個垂直焊接在單獨(dú)的小 PCB 上）。實(shí)施這種方法的挑戰(zhàn)包括機(jī)械構(gòu)造、校準(zhǔn)和調(diào)整的復(fù)雜性——這會增加成本——以及多設(shè)備解決方案的更高功耗。單個 3D 磁傳感器可解決這些挑戰(zhàn)，無需額外組件即可帶來大磁場范圍、高分辨率和溫度測量。

在包括計算外圍設(shè)備和白色家電在內(nèi)的許多消費(fèi)產(chǎn)品中，磁傳感器取代了機(jī)械和光學(xué)解決方案。與機(jī)械設(shè)備相比，磁傳感器在覆蓋大范圍運(yùn)動方面更加準(zhǔn)確。對于光學(xué)傳感，挑戰(zhàn)不是運(yùn)動范圍，而是視線要求。

幾十年來，操縱桿的設(shè)計已經(jīng)從四個機(jī)械開關(guān)發(fā)展到一對電位器。使用 3D 磁傳感器實(shí)現(xiàn)了更加簡化的設(shè)計，結(jié)合了在惡劣操作環(huán)境中的出色耐用性和非接觸式設(shè)計的長壽命。這種方法廣泛用于工業(yè)環(huán)境中的機(jī)器控制操縱桿。最新一代 3D 傳感器以 3.3 kHz 的頻率運(yùn)行（每秒 3,300 次測量，功耗為 3.7 mA），以適合大眾市場游戲系統(tǒng)的成本提供精確和閃電般的快速控制（圖 3）。

最新一代 3D 傳感器，工作頻率為 3.3 kHz（每秒 3,300 次測量，功耗為 3.7 mA），可實(shí)現(xiàn)精確和閃電般的快速控制

對于消費(fèi)類白色家電上無處不在的多功能旋鈕，3D 磁傳感器極大地改變了設(shè)計考慮。在多個堆疊 PCB 上實(shí)現(xiàn)的多個開關(guān)和基于光電傳感器的旋轉(zhuǎn)編碼器被傳感器和磁性元件取代。

總之，基于霍爾的 3D 磁傳感器提供的靈活性使該技術(shù)成為替代電位計和光學(xué)解決方案以及簡化現(xiàn)有磁位置傳感設(shè)計的絕佳候選者。設(shè)計人員應(yīng)考慮線性測量范圍、有效分辨率（考慮某些讀數(shù)中的噪聲）、總線數(shù)據(jù)速率以及在微控制器控制系統(tǒng)中集成的容易程度、工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和功耗曲線等因素。對于汽車應(yīng)用，AEC Q-100 認(rèn)證也必須是設(shè)計清單的一部分。

　　審核編輯：湯梓紅